JPS61210247A - 内燃機関の無負荷時回転数自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関（特に自動車用エンジン）の無負荷時
回転数自動制御装置に関する。

最近、自動車の排気浄化性能や燃費性能等を向上させる
ため、エンジンの無負荷時（アイドリング時）の回転数
も精密に制御する必要が生じている。そのためマイクロ
コンピュータ等を用いた演算回路を設け、該演算回路を
用いて、実際の無負荷時回転数を該演算回路のメモリに
予め記憶させておいた値と比較し、実際の回転数が記憶
値以上の場合は空気供給量を低下させる信号を出力し、
逆の場合は増加させる信号を出力し、その信号によって
空気供給量を制御することによって回転数を帰還制御す
る方法が開発されている。なおエンジンの燃料供給量（
例えば燃料噴射５ｉ：）は空気供給量に応じて定まるか
ら、空気供給量を制御すれば回転数を制御することが出
来る。

しかし上記のごとき従来の帰還制御方法では、無負荷時
の小さな負荷変動に対する応答が遅いという問題がある
。

すなわち自動車の場合には、無負荷時（車輌を駆動して
いないとき）においても、自動変速機の変速位置にュー
トラル位置とドライブ位置では負荷が変化）、冷却機用
圧縮器（カークーラのコンプレッサ）等の補機類の作動
の有無等によって多少の負荷変動が生ずる。そして従来
の帰還制御方法においては、負荷変動によって回転数が
変化して始めて制御量が変わるため、回転数が安定する
までの目標回転数からの偏差が大きく応答が遅い。また
応答を早くするため帰還制御の利得を大きくすると、制
御が不安定になる等の問題がある。

本発明は、微小負荷変動を検出してそれによる回転数変
化を予測し、従来の帰還制御に予測制御を追加すること
により、微小負荷変動時の回転数変動を抑制した無負荷
時回転数自動制御装置を提供することを目的とする。

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の全体の構成を示すブロック図である。

第１図において、１００は機関の回転数を検出する回転
センサ、１０１は回転数以外の機関運転変数（機関温度
等）を検出するセンサ、１０２は機関の微小負荷変動原
因となる自動変速機の変速位置の変化や補機類（カーク
ーラ等）の作動の有無を検出する検出手段である。

偏差検出手段１０３は、回転センサ１００で検出した実
際の回転数と目標回転数設定手段１０７（詳細後述）か
ら与えられる目標回転数との偏差を検出する。

制御手段１０４は、上記の偏差に応じた制御量を出力す
る。

補正手段１０５は、検出手段１０２が変動原因を検出し
たとき、その変動原因に対応した補正制御量を記憶手段
１０８（詳細後述）から読出し、その補正制御量を制御
手段１０４の制御量に加算した値を出力し、それによっ
て空気供給弁１０６の開度を制御する。

目標回転数設定手段１０７は、通常時はセンサｌｏｔの
出力、例えば機関温度に応じて目標回転数を設定するが
、検出手段１０２が変動原因の発生を検出すると、その
変動原因に応じた目標回転数を記憶手段１０８から読出
して設定する。

記憶手段１０８は、変動原因に対応した目標回転数とそ
れぞれの変動原因によって生じる負荷変動量に対応した
値だけ増減する補正制御量を予め記憶しているものであ
る。

上記のように構成したことにより、微小負荷変動発生時
に、それぞれの変動原因に対応した値をもつ補正制御量
を加算した値だけ制御量を変化させてやるので、変動原
因によって異なる負荷変動量に良く適合した補正が出来
ると共に、複数の変動原因が同時に発生したときでも、
それによる負荷変動を効果的に補償することが出来る。

また負荷の増減に対応した補正を行なうように構成して
いるので、負荷が増加した場合でも減少した場合でも常
に精密な回転数制御を行なうことが出来る。

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

第２図は本発明の自動制御装置の一実施例図であり、第
３図は制御のフローチャートである。

第２図において、１は機関温度を検出して温度信号Ｓ□
を出力する温度センサである。温度センサ１としては、
例えば冷却水温度、燃焼室壁温度、潤滑油温度、排気ガ
ス温度、エンジン外壁温度等を検出するサーミスタ等を
用いることが出来る。

また２はエンジン回転数を検出する回転センサである０
回転センサ２としては、例えばクランクシャフトと同期
して回転する磁性体の歯車と、該歯車の歯が通過するご
とにパルスを出力する磁気検出器とからなり、回転数に
比例した周波数のパルス信号を出力する装置を用いるこ
とが出来る。

また３は冷却機作動センサであり、例えば冷却機のコン
プレッサの作動時にオンになるスイッチである。また４
は変速位置センサであり、例えば変速機の変速位置がド
ライブ位置（前進及び後退を含む）のときオン、その他
の位置にュートラル、パーキング等）のときオフとなる
スイッチである。また５は自動車が走行しているか停止
しているかを判別する車速センサであり、例えば停止時
にオン、走行時にオフとなるスイッチである。

また６はスロットル開度センサであり１例えばスロット
ル弁（又はアクセルペダル）が全開位置（アイドリング
時）のときオン、それ以外のときオフとなるスイッチで
ある。

またＡ−Ｄ変換器７は、温度センサ１から出力されるア
ナログの温度信号Ｓ１をディジタルの温度信号Ｓ２に変
換する。

また８はマイクロコンピュータ（以下μｍＣ０Ｍと略記
する）、９は入出力装置、１０は中央演算装置（以下Ｃ
ＰＵと略記する）、１１はメモリである。

μｍＣ０Ｍ８は、入出力装置９を介して上記の各センサ
１〜６の信号を入力し、それらの状態に対応した制御信
号Ｓ３を出力する。

一方、エンジンの吸気管１２に設けられたスロットル弁
１３の上流部と下流部とは空気供給弁１４を介した側路
で接続されている。また電磁弁１８は大気管１９と負圧
管２０とを弁の開閉に応じて断続的に切−断する。した
がって負圧管２０と電磁弁１８との間に接続されている
空気供給弁１４の空気室１５内の圧力は、電磁弁１８の
開閉時間に応じて変化（開時間が長くなれば上昇、短く
なれば低下）し、それに従ってダイヤフラム１６とそれ
に連結された弁１７が上下し、そのため空気供給弁１４
を介してエンジンに送られる空気供給量が変化する。し
たがって電磁弁１８を制御するパルス信号（以下制御パ
ルスと記す。）のデユーティ比を変えることによって空
気供給量を自由に制御することが出来る。この制御パル
スとして前記の制御信号Ｓ、を用いれば、無負荷時の空
気供給量（したがって回転数）をμｍＣ０Ｍ８によって
制御することが出来る。

なお第１図のメモリ１１内には、記憶する内容に応じて
、種々の異なるメモリ、つまり（イ）機関温度に対する
目標回転数データ用メモリ、（ロ）目標回転数用メモリ
、（ハ）機関温度用メモリ。

（ニ）冷却機作動状態用メモリ、（ホ）制御パルス幅用
メモリ、（へ）機関温度に対する制御パルス幅用メモリ
、（ト）現時点の回転数用メモリ。

（チ）制御サイクル数累計用メモリ、（す）変速位置用
メモリ等が含まれている。

次にμｍＣ０Ｍ８内の演算内容について第３図のフロー
チャートを参考にしながら説明する。このフローチャー
トにおいて、左に符したフローチャート記号（Ａ）〜（
Ｒ）までが制御の１サイクルであり、機関の回転に同期
して例えば１回転１サイクルの制御を行なうものである
。

エンジンが始動してμｍＣ０Ｍ８の演算が開始゛　され
ると、まず温度信号Ｓ２を入力しくＡ）、この温度信号
Ｓ２とメモ１月１内（（イ）機関温度に対する目標回転
数データ用メモリ）に記憶されている各温度に対応した
目標回転数データとから、エンジンの目標回転数ＮＭを
算出し、それを湿度値と共にメモリ１１に格納（それぞ
れＮＭは（ロ）目標回転数用メモリ、温度値は（ハ）機
関温度用メモリに格納）する（Ｂ）、なおアイドリング
回転数は機関温度に応じて異なった値をとり、例えば始
動直後の暖機時においては、正常時よりも回転数を大き
な値に設定し、温度の上昇につれて次第に正常時の値に
近づけるようになっている。

次に冷却機のコンプレッサの作動判定を行なう（Ｃ）。

コンプレッサが作動している間には、エンジンの負荷が
多少増加し、またコンプレッサの圧縮能力を十分引き出
すために無負荷時回転数を一定値だけ引き上げる必要が
ある。そのため冷却機作動センサ３が１′作動″を示し
ている場合には、メモＩＪＩＩ（前記の（ロ）目標回転
数用メモリ）に格納されている目標回転数ＮＭの値を一
定値だけ増加させる。上記の一定値はメモリに予め記憶
させておいた値を用いる。またこれだけでは応答が遅く
なるため、負荷変動に見合う分だけ制御量を予め変えて
やる（予測制御）必要がある。そこで冷却機作動センサ
３の信号とメモＵｌｌ（（ニ）冷却機作動状態用メモリ
）に格納されている前演算サイクルの冷却機作動センサ
３の信号とから判断して、″停止″から１″作動′″に
切換ったときは。

前サイクルまで計算されてメモリ１１（（ホ）制御パル
ス幅用メモリ）に格納されている制御パルス幅を一定値
増加させ、逆に″作動″から″停止″に切換ったときは
同じ値を減少させる。またメモリ１１（（ホ）制御パル
ス幅用メモリ）に格納されている情報はこの時点で更新
される（Ｄ）、（Ｅ）。

なお上記の一定値は、メモリに予め記憶させておいた値
を用いる。

次にエンジンが無負荷状態にあるか否かを変速位置セン
サ４、車速センサ５及びスロットル開度センサ６の信号
から判別する（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）、（Ｊ）
。

まずスロットル開度センサ６が１′開”を示した場合、
及びスロットル開度センサ６が１゛全閉″を示し変速位
置センサ４が１′ドライブ位置”を示し、かつ車速セン
サ５が″走行中″を示した場合には無負荷状態ではない
と判断し、メモリ１１（（ハ）機関温度用メモリ）に格
納されているその時の機関温度とメモリ１１内（（へ）
機関温度に対する制御パルス幅用メモリ）に記憶されて
いる各機関温度に対応した制御パルスのデータとから制
御パルス幅初期値を計算し、その値を制御パルス幅とし
て再びメモリ１１（（ホ）制御パルス幅用メモリ）に格
納する。

またスロットル開度センサ６が″全閉”を示し、又変速
位置センサ４が゛′ドライブ位置″を示しかつ車速セン
サ５が゛′停止中″を示した場合又はスロットル開度セ
ンサ６が″全閉″を示し変速位置センサ４が″ニュート
ラル位置′″を示している場合は無負荷状態と判断する
が、この状態で変速位置センサ４の信号が″ドライブ位
置”から“ニュートラル位置″へ、又はその逆に変化し
た場合は、変速機内における抵抗変化によって負荷が多
少変化する。そのためメモリ１１（（ホ）制御パルス幅
用メモリ）に格納されている制御パルス幅を、“ニュー
トラル位置″から“ドライブ位置”に変ったとき（（す
）変速位置用メモリに格納されている前演算サイクルの
変速位置センサ４の信号とで判断）は一定量だけ増加さ
せ、逆の場合は同量だけ減少させる（メモ１月１に格納
されている前制御サイクルの変速位置センサ４の信号と
、現時点の制御サイクルの変速位置センサ４の信号とか
ら判断する。）ことによって予測制御を行なう。上記の
一定量は、予めメモリに記憶させておいた値を用いる。

また、スロットル開度センサ６が″全閉”を示し、かつ
変速位置センサ４が１′ニユ一トラル位置″を示した場
合、及びスロットル開度センサ６が“全閉”を示し、変
速位置センサ４が″ドラ４１位置″′を示し、かつ車速
センサ５がパ停止中″を示している場合には、無負荷状
態と判断し、次のごとき順序でフィードバック制御を行
なって制御パルス幅を決定する。

まず回転センサ２から与えられる回転数Ｎのデータをメ
モリ１１（（ト）ＩＩＡ時点の回転数用メモリ）に格納
する（Ｋ）。

次に、すでにメモリ１１（（イ）機関温度に対する目標
回転数データ用メモリ）に格納しである目標回転数Ｎ）
ｌとメモリ１１（（ト）現時点の回転数用メモリ）に格
納されている実際の回転数Ｎとを比較し、有意差がある
か否か、すなわちＮＭとＮとの偏差が所定値Ｎ０以上で
あるか否かを判断する（Ｌ）、そして有意差がなければ
制御パルス幅はそれまでの値を保持して空気供給弁の開
度を固定する。有意差がある場合には、実際の回転数Ｎ
の方が大きいときはメモリ１１内（（チ）制御サイクル
数累計用メモリ）の制御サイクル数累計の値を１だけ増
加させる（Ｍ）、（○）。この増加した値がＫ（通常５
〜１０程度）に達した場合には、制御サイクル数累計の
値をＯに戻し、制御パルス幅を一定量減じてメモリ１１
（（ホ）制御パルス幅用メモリ）に格納しなおす（Ｐ）
。

逆に実際の回転数Ｎの方が小さい場合には、制御サイク
ル数累計を１だけ減らし、減らした値が−Ｋに達した時
には、制御サイクル数累計を０に戻し、制御パルス幅を
一定量増加させてメモリ１１（（ホ）制御パルス幅用メ
モリ）に格納しなおす（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｑ）。

上記の操作により、実際の回転数が目標回転数よりに回
連続して高い場合又は低い場合（制御サイクルが回転数
に同期している場合はに回転ごとに）には制御パルス幅
が修正される。なお無負荷運転でない場合、実際の回転
数と目標回転数との間に有意差がない場合及び実際の回
転数と目標回転数との大小関係が逆転した場合には、制
御サイクル累計は０に戻される。

上記のごとき演算により、無負荷運転の場合もそうでな
い場合も制御パルス幅が算出されてメモリ１１（（ホ）
制御パルス幅用メモリ）に格納される。そしてその値に
対応したパルス幅の制御信号Ｓ、が入出力装置９を介し
て出力され、電磁弁１８に送られる（Ｒ）。

上記のごとく本発明の制御装置によれば、冷却機作動セ
ンサ３、変速位置センサ４の信号によって微小負荷変動
を検知し、負荷変動分に対応した予測制御を行なうので
、微小負荷変動時の制御の応答性が良くなる。

第３図は負荷変動時の応答性の比較図である。

図において、従来の機関制御のみの場合は、負荷ａが時
点ｔ１において変化した場合、回転数Ｃが変化してから
、その変化を検出して初めて制御が行なわれて空気供給
弁開度すが変化する。した“かって回転数Ｃは、図示の
ごとく、負荷変動時に大きく変動する。

一方、本発明においては、負荷変動時に予測制御を行な
って空気供給弁開度ｄを変化させるので、回転数ｅの変
動を極めて小さくすることが出来る。

以上説明したごとく本発明においては、微小負荷変動原
因を検出し、その変動原因によって生じる負荷変動量に
対応した値だけ増減する補正制御量を加算してやるよう
に構成しているので、微小負荷変動が発生したときの目
標回転数からの偏差量を小さくすることが出来、また目
標回転数に復帰するまでの時間を短縮することが出来る
。

また、それぞれの変動原因に対応した値をもつ補正制御
量を加算した値だけ制御量を変化させてやるので、変動
原因によって異なる負荷変動量に良く適合した補正が出
来ると共に、複数の変動原因が同時に発生したときでも
、それによる負荷変動を効果的に補償することが出来る
。また負荷の増減に対応した補正を行なうように構成し
ているので、負荷が増加した場合でも減少した場合でも
常に精密な回転数制御を行なうことが出来る。

また変動原因に応じた目標回転数を設定してやるように
構成したことにより、微小負荷の有無に応じて無負荷時
の回転数を所望の値に制御することが出来る１等の多く
の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体の構成を示すブロック図、第２図
は本発明の一実施例図、第３図は本発明における演算を
示すフローチャートの一実施例図。 第４図は負荷変動時の応答性の比較図である。 符号の説明 １・・・温度センサ　　　　２・・・回転センサ３・・
・冷却機作動センサ　４・・・変速位置センサ５・・・
車速センサ ６・・・スロットル開度センサ ７・・・Ａ−Ｄ変換器 ８・・・マイクロコンピュータ ９・・・入出力袋＠１０・・・中央演算装置１１・・・
メモリ　　　　　　１２・・・吸気管１３・・・スロッ
トル弁　　　１４・・・空気供給弁１５・・・空気室　
　　　　　１６・・・ダイヤフラム１７・・・弁　　　
　　　　　１８・・・電磁弁１９・・・大気管　　　　
　　２０・・・負圧管１００・・・回転センサ １０１・・・機関運転変数を検出するセンサ１０２・・
・検出手段　　　　１０３・・・偏差検出手段１０４・
・・制御手段　　　　１０５・・・補正手段１０６・・
・空気供給弁 １０７・・・目標回転数設定手段 １０８・・・記憶手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の温度等に対応して予め設定されている無負荷
   時の目標回転数と実際の回転数とを比較し、実際の回転
   数を目標回転数に一致させるように制御量を算出し、内
   燃機関に供給する空気供給量を調節する空気供給弁の開
   度を上記制御量に応じて帰還制御する内燃機関の無負荷
   時回転数自動制御装置において、内燃機関の微小負荷変
   動原因として予め想定されているものの少なくとも一つ
   を検出する検出手段と、上記の各変動原因に対応した目
   標回転数とそれぞれの変動原因によつて生じる負荷変動
   量に対応した値だけ増減する補正制御量とを予め記憶し
   ている記憶手段と、目標回転数と実際の回転数との偏差
   を検出する偏差検出手段と、上記偏差に応じた制御量を
   出力する制御手段と、上記検出手段が変動原因の発生を
   検出したとき上記記憶手段から読出して目標回転数をそ
   の変動原因に対応した値に設定する目標回転数設定手段
   と、上記検出手段が変動原因の発生を検出したときその
   変動原因に対応した補正制御量を上記記憶手段から読出
   して上記制御手段の制御量に加算して出力する補正手段
   とを備えた内燃機関の無負荷時回転数自動制御装置。